(57)【要約】 【課題】  地震時に建物側部の杭体に生じ得る過度の引き抜き力に対応し、さらに各杭体の負担せん断力を均等化して高軸力の杭への過度の応力集中を防止することを目的とする。【解決手段】  杭頭部２ａと上部構造体１との間に、杭頭部２ａの上端面に固定されて球面状の滑り面４ｃを有する球座４を備え、杭頭部２ａと上部構造体１との間で軸力を伝達しつつ相対回転を許容する応力低減装置３が介在されている杭頭接合構造において、杭頭部２ａと上部構造体１との間には、応力低減装置３の廻りに設けられているとともに、杭頭部２ａに固定された下側伝達部材１３と上部構造体１に固定された上側伝達部材１４とから構成されている伝達部材１２が介在され、下側伝達部材１３及び上側伝達部材１４には、上下で互いに掛合する鉤爪部１５，１７がそれぞれ形成され、鉤爪部１５，１７の掛合面は、球面状の滑り面４ｃと同心球の仮想球面Ａ´の一部をなしている。【選択図】      図１
2005336901.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
杭頭部と上部構造体との間に、
前記杭頭部の上端面に固定されて球面状の滑り面を有する球座と、前記上部構造体の底面に固定されているとともに前記滑り面に被せられている蓋体とを備え、前記杭頭部と上部構造体との間で軸力を伝達しつつ相対回転を許容する応力低減装置が介在されている杭頭接合構造において、
前記杭頭部と上部構造体との間には、前記応力低減装置の廻りに設けられているとともに、前記杭頭部に固定された下側伝達部材と前記上部構造体に固定された上側伝達部材とから構成されている伝達部材が介在され、
前記下側伝達部材及び上側伝達部材には、上下で互いに掛合する鉤爪部がそれぞれ形成され、該鉤爪部の掛合面は、球面状の前記滑り面と同心球の仮想球面の一部をなしていることを特徴とする杭頭接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基礎杭の杭頭部と、基礎杭の上方に構築される上部構造体とを接合するための杭頭接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、建築物を構築する場合、支持地盤まで埋め込んだ杭に上部構造を支持させ、これによって上部構造全体を支持することが一般に行われている。
従来では、杭頭を上部構造に剛に結合することとされていたが、この場合、地震時に杭頭に水平力を受けた場合に、杭頭が破壊される懸念があり、これを防ぐために杭頭部を大きく拡径するなどの補強が必要となっていた。
【０００３】
そこで、近年では、地震時等において杭頭接合部に生じる大きな曲げ応力を効率よく負担できる方法には、杭頭部と上部構造体の基礎とを剛結合とするのではなくピン結合の形態として構成し、それらの相対回転を許容する構造が広く知られている。これらピン結合には、例えば、滑り面を球面の一部とした球座とそれに嵌着した蓋体を備える応力低減装置を適用し、前記球座を杭頭部の上端面に、また、前記蓋体を上部構造体の下面に強固に固定する構造が知られている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【特許文献１】特開２００２−７００３６号公報
【特許文献２】特開２００２−７００３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した従来の杭頭接合構造では、塔状比が高く軸力変動の大きい建物において、地震時に建物側部の杭体に過度の引き抜き力（引張力）が生じた場合、地震時で上部構造体が水平挙動を示す際に生じるせん断力の杭体への伝達量は、杭体自身の軸力に比例して変動する。このため、上部構造体を支持する複数の杭体の中に低軸力の杭体が混在していると、低軸力の杭体にはせん断力が十分に伝達できず、一方で、高軸力の杭体に過度なせん断力が集中して作用することとなり、上部構造体を支持する全ての杭体に対して杭頭接合部の安全性が十分確保できないという問題が生じる。この問題により、応力低減装置を用いた従来の杭頭設剛構造を適用する場合には、構造物に制限を受ける場合があった。
【０００５】
本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、杭頭部と上部構造体とを応力低減装置を介して接合することで地震時における杭頭部の応力集中を軽減するとともに、地震時に建物側部の杭体に生じ得る過度の引き抜き力に対応し、さらに各杭体の負担せん断力を均等化して高軸力の杭への過度の応力集中を防止することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、杭頭部と上部構造体との間に、前記杭頭部の上端面に固定されて球面状の滑り面を有する球座と、前記上部構造体の底面に固定されているとともに前記滑り面に被せられている蓋体とを備え、前記杭頭部と上部構造体との間で軸力を伝達しつつ相対回転を許容する応力低減装置が介在されている杭頭接合構造において、前記杭頭部と上部構造体との間には、前記応力低減装置の廻りに設けられているとともに、前記杭頭部に固定された下側伝達部材と前記上部構造体に固定された上側伝達部材とから構成されている伝達部材が介在され、前記下側伝達部材及び上側伝達部材には、上下で互いに掛合する鉤爪部がそれぞれ形成され、該鉤爪部の掛合面は、球面状の前記滑り面と同心球の仮想球面の一部をなしていることを特徴としている。
【０００７】
このような特徴により、下側伝達部材及び上側伝達部材の鉤爪部は上下で互いに掛合され、鉤爪部の掛合面は応力低減装置の滑り面と同心球の仮想球面の一部をなしているため、杭頭部と上部構造体との相対回転は許容されるとともに、引き抜き力及びせん断力は伝達部材を介して杭頭部に直接伝達される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る杭頭接合構造によれば、杭頭部と上部構造体との間には、応力低減装置の廻りに設けられているとともに、杭頭部に固定された下側伝達部材と上部構造体に固定された上側伝達部材とから構成されている伝達部材が介在され、下側伝達部材及び上側伝達部材には、上下で互いに掛合する鉤爪部がそれぞれ形成され、鉤爪部の掛合面は球面状の滑り面と同心球の仮想球面の一部をなしている構成からなり、杭頭部と上部構造体との相対回転は許容されるとともに、引き抜き力及びせん断力は伝達部材を介して杭頭部に直接伝達されるため、地震時における引き抜き力に対応でき、さらに各杭の負担せん断力を軸力に依存することなく均等化し、高軸力の杭への過度の応力集中を防止することができる。これによって、塔状比が高い建物にも適用することができ、杭頭接合部の耐震性能を向上させるとともに基礎の建設コストの縮減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、上部構造体と杭頭部との間に、軸力を伝達しながら地震時に生じる両者間の相対回転を許容して杭頭部の曲げモーメントを大幅に低減する応力低減装置と、地震時に生じる両者間の相対回転を許容しつつ引き抜き力およびせん断力を杭頭部に直接伝達させる伝達部材との両者をそれぞれ設置することにより、杭頭接合部の耐震性向上を図るものである。
以下、本発明に係る杭頭接合構造の実施の形態について、図面に基いて説明する。
【００１０】
図１は、本発明に係る杭頭接合構造を表す図である。図１に示すように、上部構造体の一部であるフーチング１と杭体２の杭頭部２ａとの間には、応力低減装置３及び伝達部材１２がそれぞれ介在されている。なお、前記杭体２には、地盤中の図示しない支持層に杭先端を支持されて鉛直状に構築された場所打ちコンクリート杭を用いているが、必ずしもこれにこだわるものではない。
【００１１】
前記応力低減装置３は、地震等の発生によりフーチング１と杭頭部２ａとの間に生じる相対回転を許容するもので、実質的には両者をピン結合する連結装置であり、応力低減装置３には、滑り面を球面の一部とした球座４と、該球座４に嵌着し全方向に揺動可能に支持される蓋体５と、それらを連結する高力ボルト６、ナット７および球面状の座金８とが備えられている。
【００１２】
球座４は、杭頭部２ａの上端面に固定されて球面状の滑り面４ｃを有するものであり、蓋体５は、フーチング１の底面に固定されているとともに球座４の滑り面４ｃに被せられているものである。球面状の滑り面４ｃは、応力低減装置３の鉛直下方であって中心軸の延長線上にある球心Ｏを中心にした仮想球面Ａの一部をなすものである。これら球座４及び蓋体５は、高力ボルト６及びナット７を介して連結された状態において、球心Ｏを中心に回転自在であり、球座４に対して蓋体５の揺動が全方向に可能な構成となっていることから、球座４を杭頭部２ａの上端面に、また蓋体５をフーチング１の下端面に固定することにより、フーチング１と杭頭部２ａとの間で軸力を伝達しつつ両者間の相対回転を許容するものである。
【００１３】
前記球座４は、外周フランジ部４ｂに周方向に間隔をあけて複数のボルト孔４ａが形成されており、これらボルト孔４ａには球座アンカーボルト１０が挿通されている。該球座アンカーボルト１０の上端側は、球座４の外周フランジ部４ｂから上方へ突出しており、ナット１０ａがねじ合わされている。また、該球座アンカーボルト１０の下端側は、球座４が杭頭部２ａの上端面の所定位置に載置された状態で、杭体２の内方に埋設されている。
このような接合構造により、球座４は杭頭部２ａの上端面に固定されている。なお、球座４のレベル調整、及び球座４から杭頭部２ａへの軸力伝達をよりスムーズに行うことを目的に、杭頭部２ａの天端面と球座４との間には無収縮モルタル１１が注入されている。
【００１４】
また、前記蓋体５は、外周フランジ部５ｂに周方向に間隔をあけて複数のボルト孔５ａが形成されおり、これらボルト孔５ａには蓋体アンカーボルト９が挿通されている。該蓋体アンカーボルト９の下端側は、蓋体５の外周フランジ部から下方へ突出しており、この突出部にはナット９ａがねじ合わされている。また、蓋体アンカーボルト９の上端側は、前記フーチング１の中に埋設されており、これにより、蓋体５はフーチング１に固定されている。
このような構成により、応力低減装置３を介してフーチング１と杭体２の杭頭部２ａとを連結した、杭頭接合構造が形成されるものである。
【００１５】
一方、前記伝達部材１２は、応力低減装置３を内包する中空形状に形成されて応力低減装置３の廻りに設けられているものであり、下側伝達部材１３と上側伝達部材１４とから構成されている。
【００１６】
図２は下側伝達部材１３および上側伝達部材１４をそれぞれ表す斜視図であり、図３は下側伝達部材１３および上側伝達部材１４の連結部の拡大断面図である。図１，図２，図３に示すように、下側伝達部材１３は、円筒状の鋼管からなるものであり、杭体２の杭頭面上に立設されている。下側伝達部材１３の下端部外周面には杭体２の複数の杭主筋２ｂの上端部がそれぞれ溶接接合されているとともに、下側伝達部材１３の下端部が杭頭部２ａ内に埋設されており、下側伝達部材１３は杭頭部２ａに強固に固定されている。下側伝達部材１３の上端部内周面には、下側伝達部材１３の内周面に沿って環状に形成された断面視三角形状の第１の鉤爪部１５が形成されている。
【００１７】
また、上側伝達部材１４は、環状の第１の鉤爪部１５の内径よりも小さい外径の円筒状の鋼管からなるものであり、フーチング１の底面に垂設されている。上側伝達部材１４の上端部外周面には、上方に突出されているとともにフーチング１内に埋設された鉛直方向に延在する複数の基礎アンカー筋１６が溶接接合されており、上側伝達部材１４はフーチング１に強固に固定されている。なお、上側伝達部材１４の上端部はフーチング１内に埋設されている。複数の基礎アンカー筋１６は一定間隔をあけて配設されており、フーチング１の横筋１ｂに結束されている。また、上側伝達部材１４の下端部外周面には、上側伝達部材１４の外周面に沿って環状に形成された断面視三角形状の第２の鉤爪部１７が形成されている。
【００１８】
第１の鉤爪部１５および第２の鉤爪部１７は、上下で互いに掛合するものであり、第２の鉤爪部１７は第１の鉤爪部１５の下方に配置され、第２の鉤爪部１７の上面（掛合面）１７ａと第１の鉤爪部１５の下面（掛合面）１５ａとが重なり合わされている。第１の鉤爪部１５および第２の鉤爪部１７の掛合面１５ａ，１７ａは、球座４の球面状の滑り面４ｃと同心球の仮想球面Ａ´の一部をなしている。つまり、下側伝達部材１３及び上側伝達部材１４は、第１の鉤爪部１５および第２の鉤爪部１７で互いに掛合された状態において、球心Ｏを中心に回転自在であって下側伝達部材１３に対して上側伝達部材１４の揺動が全方向に可能な構成となっているとともに、下側伝達部材１３または上側伝達部材１４を図１に示す矢印方向に引き抜こうとすると第１，第２の鉤爪部１５，１７が互いに引っ掛かり合う構成となっており、さらに、下側伝達部材１３または上側伝達部材１４が水平方向にずれようとすると第１，第２の鉤爪部１５，１７が互いに引っ掛かり合う構成になっており、フーチング１と杭頭部２ａとの間で引き抜き力およびせん断力を伝達しつつ両者間の相対回転を許容するものである。
【００１９】
次に、上記した構成からなる杭頭接合構造の構築方法について説明する。
【００２０】
（第１の工程）
図１に示すように、地盤に杭体２を構築するための図示せぬ杭孔を支持層に達するまで掘削する。一方、地上では、複数の杭主筋２ｂと図示せぬせん断補強筋とを円筒形の籠状に組み立てる。そして、籠状に組み立てられた鉄筋籠を図示せぬ杭孔に挿入し、杭体２の鉄筋材を杭孔内にセットする。また、杭孔に挿入された鉄筋籠の上部に伝達部材１２を配置し、複数の杭主筋２ｂの上端部を下側伝達部材１３の外周面下端部にそれぞれ溶接接合する。このとき、下側伝達部材１３の内側に、複数の基礎アンカー筋１６が既に溶接接合された上側伝達部材１４を嵌装させておく。
その後、杭孔内にコンクリートを打設して杭体２を構築する。
【００２１】
（第２の工程）
次に、地盤内に埋設されている杭頭部２ａの周りを掘削してピット１８を形成し、杭頭部２ａを露出させる。そして、ケミカルアンカー工法などの後打ち工法によって杭頭部２ａ上端面の所定箇所に前記球座アンカーボルト１０を立設させる。
なお、コンクリート打設前に球座アンカーボルト１０の下端側が杭体２に埋設されるように球座アンカーボルト１０を配筋し、その後にコンクリートを打設して硬化させてもよい。これによって、球座アンカーボルト１０の定着力を高くすることができる。
【００２２】
（第３の工程）
次に、前記球座４のボルト孔４ａを前記球座アンカーボルト１０に合わせるように、応力低減装置３を杭頭部２ａの上端面に載置し、該球座アンカーボルト１０にナット１０ａをねじ合わせて両者を固定する。また、前記蓋体５のボルト孔５ａに蓋体アンカーボルト９を層通し、蓋体５の下方に突出する蓋体アンカーボルト９の下端側にナット９ａをねじ合わせてこれを固定する。その後、前記球座４の底面と杭頭部２ａの上端面との間に無収縮モルタル１１を充填し、両者の隙間を埋める。
【００２３】
なお、第１の工程時に杭主筋２ｂの上端部に伝達部材１２を接合せずにコンクリート打設を行い、杭頭部２ａの周りを掘削して杭頭部２ａを露出させた後、杭頭部２ａの上端面のコンクリートを斫って杭主筋２ｂの上端部を露出させ、そして、斫り取った部分に下側伝達部材１３の下端部を嵌め込み、露出した杭主筋２ｂの上端部と下側伝達部材１３の下端部外周面とを溶接接合し、その後、斫り取った部分にモルタル等を充填し、杭頭部２ａの上端面を整形してもよい。このとき、下側伝達部材１３の内部には上側伝達部材１４を嵌装させておくとともに、上側伝達部材１４の上端部外周面に複数の基礎アンカー筋１６を溶接接合させておく。
【００２４】
（第４の工程）
次に、ピット１８内を砂によって埋め戻し、杭頭部２ａの上方および伝達部材１２の廻りに砂層１９を形成する。そして、当該砂層１９の上に捨てコンクリート２０を打設する。
【００２５】
（第５の工程）
次に、捨てコンクリート２０の上方にフーチング１の鉄筋を配筋するとともに、基礎アンカー筋１６を引き上げることで上側伝達部材１４を持ち上げ、基礎アンカー筋１６をフーチング１の横筋１ｂに結束することで上側伝達部材１４を第１，第２の鉤爪部１５，１７が互いに掛合する位置に仮保持する。
そして、フーチング１の側面を形成する図示せぬ型枠を建て込み、蓋体アンカーボルト９の上端部および基礎アンカー筋１６，上側伝達部材１４の上端部がそれぞれフーチング１中に埋設されるようにフーチング１のコンクリート打設を行う。
【００２６】
上記した構成からなる杭頭接合構造によれば、杭頭部２ａとフーチング１との間には、杭頭部２ａに固定された下側伝達部材１３とフーチング１に固定された上側伝達部材１４とから構成されている伝達部材１２が介在され、下側伝達部材１３及び上側伝達部材１４には、上下で互いに掛合する第１，第２の鉤爪部１５，１７がそれぞれ形成され、第１，第２の鉤爪部１５，１７の掛合面１５ａ，１７ａは球座４の球面状の滑り面４ｃと同心球の仮想球面Ａ´の一部をなしているため、杭頭部２ａとフーチング１との相対回転は許容されるとともに、引き抜き力及びせん断力は伝達部材１２を介して杭頭部２ａに直接伝達される。これによって、地震時における引き抜き力に対応でき、さらに各杭体２の負担せん断力を軸力に依存することなく均等化し、高軸力の杭への過度の応力集中を防止することができる。したがって、塔状比が高い建物にも適用することができ、杭頭接合部の耐震性能を向上させるとともに基礎の建設コストの縮減を図ることができる。
【００２７】
以上、本発明に係る杭頭接合構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、伝達部材１２は円筒状の鋼管からなっているが、本発明は、複数の伝達部材を応力低減装置の廻りに配設してもよい。
【００２８】
また、上記した実施の形態では、場所打ちコンクリート杭からなる杭体２の杭頭部２ａとフーチング１との接合構造について説明しているが、本発明は、鋼管杭やＰＣ杭，ＳＣ杭等からなる杭体であってもよく、上部構造体としては、基礎床版や地中梁等の基礎構造体にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に係る杭頭接合構造の実施の形態を説明するための断面図である。
【図２】本発明に係る杭頭接合構造の実施の形態における伝達部材を表す斜視図である。
【図３】本発明に係る杭頭接合構造の実施の形態における下側伝達部材と上側伝達部材との連結箇所を表す部分断面詳細図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  フーチング（上部構造体）
２ａ  杭頭部
３  応力低減装置
４  球座
４ｃ  滑り面
５  蓋体
１２  伝達部材
１３  下側伝達部材
１４  上側伝達部材
１５  第１の鉤爪部（鉤爪部）
１５ａ，１７ａ  掛合面
１７  第２の鉤爪部（鉤爪部）
Ａ´  仮想球面
【図１】
2005336901.tif 000003
【図２】
2005336901.tif 000004
【図３】
2005336901.tif 000005